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CN110753995B - 静电卡盘加热器 - Google Patents

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CN110753995B
CN110753995B CN201980003019.2A CN201980003019A CN110753995B CN 110753995 B CN110753995 B CN 110753995B CN 201980003019 A CN201980003019 A CN 201980003019A CN 110753995 B CN110753995 B CN 110753995B
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electrostatic chuck
chuck heater
circumferential groove
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NGK Insulators Ltd
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Abstract

本发明提供静电卡盘加热器，是约翰逊‑拉别克型，用于在晶片上形成导电膜。该静电卡盘加热器具备：具有静电电极和电阻发热体的圆板状的陶瓷基体；和安装于陶瓷基体的与晶片载置面相反一侧的面的中空轴。最外周突起组由在晶片载置面中的外径比晶片的直径小的环状区域内沿陶瓷基体的同心圆排列的多个突起构成。圆周槽设于最外周突起组的内侧。贯通孔设置为从中空轴的周壁的下端贯通至晶片载置面中的圆周槽的内侧的区域。能够从中空轴的下端经由贯通孔向由晶片载置面和最外周突起组以及载置于晶片载置面的晶片包围的晶片下方空间供给气体。

Description

静电卡盘加热器
技术领域
本发明涉及一种静电卡盘加热器。
背景技术
现今，公知一种支撑晶片的晶片支撑台。例如，如图9所示，专利文献1的晶片支撑台110具备：陶瓷基体120，其用于载置晶片W；中空轴140，其安装于陶瓷基体120的与载置晶片W的面相反一侧的面；以及贯通孔142，其设置为从中空轴140的周壁的下端贯通至陶瓷基体120的外周面。供给至贯通孔142的吹扫气体向陶瓷基体120的外周面喷出，之后通过晶片W与环状件130之间向上方排出(图9的一点划线箭头)。在由CVD在晶片W的上表面形成薄膜时，该吹扫气体防止在晶片W的边缘形成薄膜。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5324627号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，在晶片W的外周缘的背面，吹扫气体从外朝内，因而如图10所示，在由CVD在晶片W的上表面形成有导电膜F的情况下，有时导电膜F进入陶瓷基体120的晶片接触面122与晶片W之间。在晶片支撑台110具有利用约翰逊-拉别克力将晶片W吸附保持于陶瓷基体120的功能的情况下，若导电膜F进入晶片接触面122与晶片W之间，则有时吸附力降低。即，若拆下CVD处理后的晶片W来更换成新的晶片W，则由于新的晶片W与陶瓷基体120的晶片接触面122经由导电膜F而成为相同电位，因而有时没有发现充足的约翰逊-拉别克力，吸附力降低。并且，有时在晶片W的背面，吹扫气体的流动变得不均匀，对晶片的均热性产生影响。
本发明是为了解决上述的课题而完成的，其主要目的在于，稳定地吸持晶片并且提高晶片的均热性。
用于解决课题的方案
本发明的静电卡盘加热器是用于在晶片上形成导电膜的约翰逊-拉别克型静电卡盘加热器，其具备：
圆板状的陶瓷基体，其一个面是用于载置上述晶片的晶片载置面，并具备静电电极和电阻发热体；
中空轴，其安装于上述陶瓷基体的与上述晶片载置面相反一侧的面；
最外周突起组，其由多个突起构成，该多个突起在上述晶片载置面中的外径比上述晶片的直径小的环状区域内沿上述陶瓷基体的同心圆排列；
圆周槽，其设于上述最外周突起组的内侧；以及
贯通孔，其设置为从上述中空轴的周壁的下端贯通至上述晶片载置面中的上述圆周槽的内侧的区域，并且能够从上述中空轴的下端向由上述晶片载置面和上述最外周突起组以及载置于上述晶片载置面的上述晶片包围的晶片下方空间供给气体。
在使用该静电卡盘加热器时，在载置于构成最外周突起组的多个突起的晶片的表面形成导电膜，但同时在晶片载置面中的最外周突起组的外侧的区域也附着导电膜。此处，由于排列有构成最外周突起组的多个突起的环状区域的外径比晶片的直径小，所以在俯视时，成为上述突起由晶片遮盖的状态。因此，在与晶片的背面抵接的突起的上表面难以附着导电膜。并且，由于向晶片下方空间供给气体，所以成为导电膜的成分难以进入突起的上表面与晶片之间的间隙，在这一方面，在突起的上表面也难以附着导电膜。因此，即使在晶片上形成导电膜后的构成最外周突起组的多个突起的上表面载置了新的晶片，晶片也与未附着导电膜的突起的上表面紧贴。因此，晶片吸持力即约翰逊-拉别克力维持为最初的状态。因此，即使工艺次数增加，也能够稳定地吸持晶片。并且，设于最外周突起组的内侧的圆周槽使从贯通孔供给的气体的流动均匀化，因而提高晶片的均热性。
在本发明的静电卡盘加热器中，也可以在上述晶片载置面中的上述圆周槽的内侧的区域设有能够与上述晶片抵接的多个凸部。这样一来，晶片与陶瓷基体的接触面积变大凸部的面积的量，因而晶片吸持力也变大，能够更稳定地吸持晶片。
在本发明的静电卡盘加热器中，上述贯通孔的在上述晶片载置面的开口部也可以由直径比上述贯通孔的直径小的多个小孔构成。这样一来，通过贯通孔后的气体分散地接触到晶片的背面，因而与气体和晶片背面的一点接触的情况相比，能够更稳定地吸持晶片，并且也能够抑制由气体导致的晶片的温度降低。
在本发明的静电卡盘加热器中，供给至上述晶片下方空间的气体上推上述晶片的力也可以设定为比通过对上述静电电极通电而产生的晶片吸持力与上述晶片的上方的环境气下压上述晶片的力的和小。这样一来，能够防止晶片因供给至晶片下方空间的气体而浮起。
在本发明的静电卡盘加热器中，上述静电电极也可以也用作为等离子体电极。通过对静电电极施加高频，能够使静电电极也用作为等离子体电极，也能够进行基于等离子体CVD工艺的成膜。
在本发明的静电卡盘加热器中，也可以在上述圆周槽的内侧具有与上述圆周槽连接的放射状槽。通过在圆周槽的内侧设置这样的放射状槽，来使晶片下方空间内的气流变得更加均匀，因而成为导电膜的成分进一步难以进入构成最外周突起组的突起的上表面与晶片之间的间隙。
在本发明的静电卡盘加热器中，上述突起的上表面的表面粗糙度Ra也可以为1μm以上。这样一来，晶片下方空间内的气体从晶片中央通过构成最外周突起组的突起的粗糙的上表面并向外周流出，因而成为导电膜的成分因该流动而进一步难以进入突起的上表面与晶片之间的间隙。
在本发明的静电卡盘加热器中，上述贯通孔也可以在上述晶片载置面中的上述圆周槽的内侧的区域内的中央部和外周部的双方开口。这样一来，从晶片载置面的外周部的开口进入到晶片下方空间的气体离最外周突起组的距离较近，因而更容易防止成为导电膜的成分进入突起的上表面与晶片之间的间隙。
附图说明
图1是静电卡盘加热器10的立体图。
图2是静电卡盘加热器10的俯视图。
图3是图2的A-A剖视图。
图4是形成导电膜F后的静电卡盘加热器10的局部剖视图。
图5是具备带有插入件50的贯通孔42的静电卡盘加热器的局部剖视图。
图6是在圆周槽内侧区域20c设有放射状的槽24a的静电卡盘加热器的俯视图。
图7是具备具有开口42a、42b的贯通孔42的静电卡盘加热器的俯视图。
图8是图7的B-B剖视图。
图9是现有的晶片支撑台110的剖视图。
图10是形成导电膜F后的晶片支撑台110的局部剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的优选的实施方式进行说明。图1是静电卡盘加热器10的立体图，图2是静电卡盘加热器10的俯视图，图3是图2的A-A剖视图。
静电卡盘加热器10用于由CVD等在晶片W上形成导电膜，具备陶瓷基体20和中空轴40。
陶瓷基体20是氮化铝制的圆板。陶瓷基体20的直径没有特别限定，但例如为300mm左右。陶瓷基体20具有载置晶片W的晶片载置面20a和晶片载置面20a的相反侧的背面20b。在陶瓷基体20的晶片载置面20a具有最外周突起组22。最外周突起组22由在晶片载置面20a中的外径比晶片W的直径小的环状区域21(图2的双点划线包围的区域)内沿陶瓷基体20的同心圆排列的多个突起23构成。多个突起23呈扁平的圆柱形状，与陶瓷基体20形成为一体。突起23的直径优选为1mm以上且5mm以下。突起23的高度优选为10μm以上且30μm以下。突起23的间距(相邻的突起23的中心间距)优选为5mm以上且10mm以下。在晶片载置面20a的紧邻最外周突起组22的内侧设有圆周槽24。圆周槽24的宽度优选为2mm以上且5mm以下。圆周槽24的深度优选为50μm以上且100μm以下。在晶片载置面20a的圆周槽24的内侧的区域(圆周槽内侧区域)20c，空开间隔设有多个扁平的圆柱形状的凸部25。凸部25与最外周突起组22的突起23一起接触晶片W的背面来支撑晶片W。凸部25也可以形成为与突起23相同的形状、相同的尺寸。突起23、凸部25例如能够通过压花加工来形成。
在陶瓷基体20埋设有静电电极26和电阻发热体28。静电电极26是直径比陶瓷基体20的直径稍小的圆形的薄层电极，例如由将较细的金属线编织成网状并形成为片状的网状物形成。静电电极26连接有未图示的供电棒，供电棒经由中空轴40的内部空间而与未图示的外部电源连接。若由外部电源对静电电极施加电压，则静电电极26对载置于晶片载置面20a的晶片W进行吸持。由于形成陶瓷基体20的氮化铝的体积电阻率是1×108～1×1013Ωcm，所以此时的吸持力是约翰逊-拉别克力。电阻发热体28是以“一笔写成”的要领将导电性的线圈布设于陶瓷基体20的整个面而成的。在电阻发热体28的两端分别连接有未图示的供电棒，并且供电棒经由中空轴40的内部空间而与未图示的加热电源连接。若从加热电源供给电力，则电阻发热体28发热来对载置于晶片载置面20a的晶片W进行加热。电阻发热体28不限定于线圈，例如可以是带状物(细长的薄板)，也可以是网状物。
中空轴40与陶瓷基体20相同，由氮化铝形成，上端面通过固相接合或者扩散接合而安装于陶瓷基体20的背面20b。在中空轴40的周壁，沿周向等间隔地设有四个贯通孔42。贯通孔42从中空轴40的下端沿上下方向贯通至陶瓷基体20的圆周槽内侧区域20c。贯通孔42在圆周槽内侧区域20c中的中空轴40的周壁的正上方开口。贯通孔42的开口42a设于圆周槽内侧区域20c中的不与凸部25干涉的位置。贯通孔42连接有未图示的气体供给源。
接下来，对静电卡盘加热器10的使用例进行说明。在未图示的CVD用的腔室内配置静电卡盘加热器10，在构成最外周突起组22的多个突起23以及设于圆周槽内侧区域20c的多个凸部25上载置晶片W。此时，将由晶片载置面20a、最外周突起组22以及晶片W包围的空间称作晶片下方空间S。而且，通过对静电电极26施加电压，来利用约翰逊-拉别克力对晶片W进行吸持。并且，基于未图示的热电偶的检测信号来求解晶片W的温度，以使该温度成为目标温度的方式控制对电阻发热体28施加的电压。另外，从气体供给源向贯通孔42供给气体。作为气体，例如可以举出N2、Ar、He等。由此，供给至贯通孔42的气体从圆周槽内侧区域20c的开口42a进入晶片下方空间S，并通过凸部25与凸部25之间，朝向外周流动(图3的点划线箭头)。圆周槽24起到使该气体的流动变得均匀的作用。在该状态下，由CVD在晶片W的上表面形成导电膜F(参照图4)。
此时，供给至晶片下方空间S的气体上推晶片W的力设定为比通过对静电电极26通电而产生的晶片吸持力与晶片W上方的环境气下压晶片W的力的和小。因此，能够防止晶片W因供给至晶片下方空间S的气体而浮起。
在晶片W的表面形成导电膜F时，同时在陶瓷基体20的表面中的最外周突起组22的外侧也附着导电膜F(参照图4)。此处，由于最外周突起组22的环状区域21的外径比晶片W的直径小，所以在俯视时，成为构成最外周突起组22的多个突起23由晶片W遮盖的状态。因此，在与晶片W的背面抵接的突起23的上表面难以附着导电膜F。并且，由于向晶片下方空间S供给气体，所以成为导电膜F的成分难以进入突起23与晶片W之间的间隙，在这一方面，在突起23的上表面也难以附着导电膜F。
根据以上说明的静电卡盘加热器10，在晶片W的表面形成导电膜F时，可防止导电膜F向构成最外周突起组22的多个突起23的上表面附着。因此，即使在晶片W形成导电膜F后的突起23的上表面载置了新的晶片W，新的晶片W也与未附着导电膜F的突起23的上表面紧贴，约翰逊-拉别克力维持为最初的状态。因此，即使工艺次数增加，也能够稳定地吸持晶片W。并且，设于最外周突起组22的内侧的圆周槽24使从贯通孔42供给的气体的流动均匀话，提高晶片W的均热性。
并且，若在突起23的上表面附着有导电膜F，则需要用于将附着于突起23的上表面的导电膜F除去的清洁。这样的清洁使生产效率降低。在本实施方式中，由于在突起23的上表面不附着导电膜F，所以不需要这样的清洁，提高生产效率。
另外，由于在圆周槽内侧区域20c设有多个能够与晶片W抵接的凸部25，所以晶片W与陶瓷基体20的接触面积变大凸部25的面积的量。因此，晶片吸持力也变大，能够更稳定地吸持晶片。
又且，由于供给至晶片下方空间S的气体上推晶片W的力设定为，比通过对静电电极26通电而产生的晶片吸持力与晶片W上方的环境气下压晶片W的力的和小，所以能够防止晶片W因供给至晶片下方空间S的气体而浮起。
此外，本发明不限定于上述的任一实施方式，当然在属于本发明的技术范围内能够以各种方式来实施。
例如，在上述的实施方式中，也可以使构成最外周突起组22的多个突起23的上表面的表面粗糙度Ra粗糙化为1μm以上。这样一来，晶片下方空间S内的气体从晶片W的中央通过突起23的粗糙的上表面并向外周流出，因而成为导电膜F的成分因该流动而进一步难以进入突起23的上表面与晶片W之间的间隙。
在上述的实施方式中，如图5所示，也可以在贯通孔42中的在晶片载置面的圆周槽内侧区域20c开口的开口部嵌入有具备直径比贯通孔42的直径小的多个小孔52的芯棒50。在该情况下，贯通孔42的开口部会由多个小孔52构成。这样一来，通过贯通孔42后的气体因小孔52而分散到晶片W的背面，因而与气体集中地接触到晶片W的背面的情况相比，能够更稳定地吸持晶片W，并且也能够抑制由气体导致的晶片W的温度降低。
在上述的实施方式中，如图6所示，也可以在陶瓷基体20的圆周槽内侧区域20c设置与贯通孔42的开口42a连接的放射状的四条槽24a，并且各槽24a的外周端与圆周槽24连接。图6中，对与上述的实施方式相同的构成要素标注有相同的符号，但省略了凸部25。这样一来，利用槽24a，容易使晶片下方空间内的气流变得更加均匀，因而成为导电膜的成分进一步难以进入构成最外周突起组22的多个突起23与晶片之间的间隙。
在上述的实施方式中，如图7及图8所示，贯通孔42也可以具有在陶瓷基体20的内部向半径外侧延伸的多个(此处为四个)分支路46。图7及图8中，对与上述的实施方式相同的构成要素标注有相同的符号，但省略了凸部25。分支路46的外周侧的端部与设置为与陶瓷基体20成为同心圆的圆周孔47连通。圆周孔47的外径比圆周槽24的内径稍小。圆周孔47与沿周向等间隔地设置的多个(此处为八个)铅直孔48连通。铅直孔48在圆周槽内侧区域20c的圆周槽24的旁边开口。由此，贯通孔42具有在圆周槽内侧区域20c中的晶片载置面20a的中央部开口的开口42a和在外周部开口的开口42b(铅直孔48的开口)的双方。这样一来，从开口42b进入晶片下方空间S的气体离最外周突起组22的距离较近，因而更容易防止成为导电膜F的成分进入最外周突起组22与晶片W之间的缝隙。
在上述的实施方式中，静电电极26也可以用作为等离子体电极。通过对静电电极26施加高频，能够使静电电极26也用作为等离子体电极，也能够进行基于等离子体CVD工艺的成膜。
在上述的实施方式中，在中空轴40的周壁沿周向等间隔地设有四个贯通孔42，但贯通孔42的个数不不限定于四个，可以是两个，也可以是三个，并且也可以是五个以上。
在上述的实施方式中，在圆周槽内侧区域20c设有多个凸部25，但也可以不设置凸部25。图5～图8中也同样，可以设置凸部25，也可以不设置凸部25。
(实施例)
作为实施例1，制成上述的实施方式的静电卡盘加热器10，作为实施例2，制成不具有圆周槽内侧区域20c的凸部25但除此以外与静电卡盘加热器10相同的静电卡盘加热器。表1示出实施例1、2的具体尺寸。
表1
※1节圆(图2的一点划线的圆)的直径
※2圆周槽的中心线的圆的直径
使用实施例1、2的静电卡盘加热器，连续地进行了300个由CVD在晶片W的上表面形成导电膜F的处理。晶片吸持时的晶片背面侧压力(气压)为10Torr，腔室压力为4Torr。其结果，实施例1、2均在构成最外周突起组22的多个突起23的上表面不附着导电膜，始终良好地吸持晶片W。并且，制作不具有圆周槽24但除此以外与静电卡盘加热器10相同的静电卡盘加热器作为比较例，在进行了相同的处理后，对于评价温度为550℃时的晶片均热性而言，如表2所示，实施例1、2比比较例优异。晶片均热性是将晶片控制为评价温度时的晶片整体的温度的最大值与最小值的差。
表2
本申请主张基于在2018年3月26日申请的美国临时申请第62/647，965号的优先权，并通过引用将其全部内容包括在本说明书中。
工业上的可利用性
本发明能够利用于在晶片上形成导电膜的静电卡盘加热器。
符号的说明
10—静电卡盘加热器，20—陶瓷基体，20a—晶片载置面，20b—背面，20c—圆周槽内侧区域，21—环状区域，22—最外周突起组，23—突起，24—圆周槽，24a—槽，25—凸部，26—静电电极，28—电阻发热体，40—中空轴，42—贯通孔，42a、42b—开口，46—分支路，47—圆周孔，48—铅直孔，50—插入件，52—小孔，110—晶片支撑台，120—陶瓷基体，122—晶片接触面，130—环状件，140—中空轴，142—贯通孔，F—导电膜，S—晶片下方空间，W—晶片。

Claims (7)

1.一种静电卡盘加热器，是用于在晶片上形成导电膜的约翰逊-拉别克型静电卡盘加热器，其特征在于，具备：
圆板状的陶瓷基体，其一个面是用于载置上述晶片的晶片载置面，并具备静电电极和电阻发热体；
中空轴，其安装于上述陶瓷基体的与上述晶片载置面相反一侧的面；
最外周突起组，其由多个突起构成，该多个突起在上述晶片载置面中的外径比上述晶片的直径小的环状区域内沿上述陶瓷基体的同心圆排列；
圆周槽，其设于上述最外周突起组的内侧；
贯通孔，其以从上述中空轴的周壁的下端贯通至上述晶片载置面中的上述圆周槽的内侧的区域的方式在上述中空轴的周壁设置有多个，并且能够从上述中空轴的下端向由上述晶片载置面和上述最外周突起组以及载置于上述晶片载置面的上述晶片包围的晶片下方空间供给气体，且在上述晶片载置面的上述圆周槽的内侧的区域中的中央部开口；
分支路，其设置于上述陶瓷基体的内部，且从各个上述贯通孔向半径外侧延伸；
圆周孔，其设置于上述陶瓷基体的内部，且与上述分支路的外周侧的端部连通，并与上述陶瓷基体成为同心；以及
铅直孔，其在上述陶瓷基体的内部沿着与上述陶瓷基体成为同心的周向设置有多个，且与上述圆周孔连通，并在上述圆周槽的内侧的区域中的外周部开口。
2.根据权利要求1所述的静电卡盘加热器，其特征在于，
在上述晶片载置面中的上述圆周槽的内侧的区域设有能够与上述晶片抵接的多个凸部。
3.根据权利要求1或2所述的静电卡盘加热器，其特征在于，
上述贯通孔的在上述晶片载置面处的开口部由直径比上述贯通孔的直径小的多个小孔构成。
4.根据权利要求1或2所述的静电卡盘加热器，其特征在于，
供给至上述晶片下方空间的气体上推上述晶片的力比通过对上述静电电极通电而产生的晶片吸持力与上述晶片的上方的环境气下压上述晶片的力的和小。
5.根据权利要求1或2所述的静电卡盘加热器，其特征在于，
上述静电电极也用作为等离子体电极。
6.根据权利要求1或2所述的静电卡盘加热器，其特征在于，
在上述圆周槽的内侧具有与上述圆周槽连接的放射状槽。
7.根据权利要求1或2所述的静电卡盘加热器，其特征在于，
上述突起的上表面的表面粗糙度Ra为1μm以上。
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